李星，李波

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司，上海 200125）

岸橋是先進(jìn)的碼頭和集裝箱之間裝卸集裝箱的主要設(shè)備，也是岸邊集裝箱起重機(jī)的簡(jiǎn)稱；當(dāng)前岸橋集裝箱起重機(jī)環(huán)保節(jié)能概念還有很多不足，其缺點(diǎn)在于能量轉(zhuǎn)換的效率低，以及較大的能耗和較高成本的問(wèn)題，導(dǎo)致產(chǎn)生的噪音讓環(huán)境受到污染。岸邊集裝箱的研究方向重要的是把節(jié)能概念放到第一位，要保持岸橋的不斷發(fā)展以及進(jìn)步，更要明白如何對(duì)資源高效的利用和避免浪費(fèi)情況的發(fā)生，對(duì)國(guó)家的能源發(fā)展戰(zhàn)略要深信并且要堅(jiān)持。

1 設(shè)計(jì)岸橋的節(jié)能方案

裝卸作業(yè)是岸邊集裝箱起重機(jī)的常規(guī)工作，起重小車的制動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能損失是其頻繁制動(dòng)的結(jié)果，也是能量浪費(fèi)的表現(xiàn)。利用儲(chǔ)能系統(tǒng)動(dòng)態(tài)吸收能量的特點(diǎn)和能量的適當(dāng)釋放，岸橋小車可以在制動(dòng)時(shí)候?qū)C(jī)械能有效存儲(chǔ)和能量回收，這樣就可以對(duì)節(jié)能降耗進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，節(jié)能方案也是這樣的設(shè)計(jì)思路。雖然常用的儲(chǔ)能方式有四種，相變儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能和電磁儲(chǔ)能，但是機(jī)械儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)決定了應(yīng)用前景的廣泛，機(jī)械儲(chǔ)能方式的低廉成本和高效率、大容量且污染小的優(yōu)點(diǎn)而被人廣泛接受。

1.1 機(jī)械儲(chǔ)能方案的設(shè)計(jì)

采取節(jié)能小車上裝備有平面渦卷彈簧的儲(chǔ)能裝置，離合器在小車運(yùn)行下有作用之后就可以把齒輪軸和渦卷彈簧斷開(kāi)，彈簧因?yàn)辇X條上的齒輪在空轉(zhuǎn)而沒(méi)有儲(chǔ)能；相反，小車制動(dòng)會(huì)觸發(fā)離合器，這樣就能夠連接齒輪軸和渦卷彈簧的軸，齒條上的齒輪有滾動(dòng)的作用把彈簧卷帶動(dòng)起來(lái)儲(chǔ)存能量；等到能量?jī)?chǔ)存足夠之后，在儲(chǔ)能裝置里面的棘輪停止器就會(huì)作用到渦卷彈簧上不讓其將能量自動(dòng)釋放，還能夠?qū)椈傻膸?dòng)齒輪反轉(zhuǎn)情況進(jìn)行預(yù)防。提供小車返回的動(dòng)力需要對(duì)棘輪停止器進(jìn)行控制，讓其的棘爪脫離棘輪之后彈簧就會(huì)對(duì)小車返回釋放能量；能量全部釋放完全之后，離合器恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)，這樣也能夠消除彈簧對(duì)小車運(yùn)行的影響。從節(jié)能的角度考慮，需要有兩個(gè)渦卷彈簧在每個(gè)儲(chǔ)能裝置之內(nèi)才可以，并且要將兩個(gè)彈簧的卷緊布置在相反的方向，能夠在小車往返時(shí)候都能夠利用每個(gè)彈簧來(lái)將能量?jī)?chǔ)存起來(lái)。

明白機(jī)械儲(chǔ)能方式的原理，需要對(duì)其具體的數(shù)據(jù)計(jì)算，為后續(xù)的動(dòng)力學(xué)仿真作前提。本文重點(diǎn)是節(jié)能降耗的技術(shù)分析過(guò)程，計(jì)算的過(guò)程暫且忽略。

1.2 動(dòng)力學(xué)的仿真分析

（1）建立節(jié)能小車的動(dòng)力學(xué)模型。模型的建立通過(guò)具有強(qiáng)大三維軟件功能的SolidWorks和Adams軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，首先建立節(jié)能小車的三維模型采用SolidWorks軟件來(lái)進(jìn)行，得到的結(jié)果再導(dǎo)進(jìn)Adams軟件中，主要是修正導(dǎo)入的模型，然后對(duì)不同部件之間關(guān)系進(jìn)行相關(guān)約束的創(chuàng)建；最后的步驟是要將驅(qū)動(dòng)以及模擬的阻力添加進(jìn)去就能夠建立節(jié)能小車的動(dòng)力學(xué)仿真模型。相關(guān)的驅(qū)動(dòng)函數(shù)是階躍函數(shù)，其表示隨著時(shí)間的推進(jìn)，加速度、速度以及位移隨其變化的含義。

需要注意的是，節(jié)能小車的滿載以及空載工況中要進(jìn)行仿真時(shí)會(huì)受到不同的阻力，仿真結(jié)果如果想要和實(shí)際小車運(yùn)行情況貼近，就必須要對(duì)小車受到的阻力進(jìn)行考慮，比如風(fēng)阻力、摩擦阻力、坡道阻力等。

（2）滿載以及空載情況下的動(dòng)力學(xué)仿真分析。首先，滿載的節(jié)能小車在制動(dòng)儲(chǔ)能和能量釋放中的仿真動(dòng)力學(xué)分析，需要添加扭轉(zhuǎn)彈簧的阻尼器在節(jié)能車上的齒輪上，目的是在小車制動(dòng)時(shí)候獲取彈簧的儲(chǔ)能情況；腳本的仿真可以確保正確的小車運(yùn)動(dòng)結(jié)果，電機(jī)輸出的扭矩大小以及變化的情況都是可以通過(guò)運(yùn)行中的節(jié)能小車驅(qū)動(dòng)力變化來(lái)反饋的。當(dāng)節(jié)能小車的制動(dòng)情況時(shí)候，安裝了的節(jié)能裝置會(huì)利用渦卷彈簧來(lái)對(duì)小車制動(dòng)過(guò)程的機(jī)械能進(jìn)行存儲(chǔ)，如此制動(dòng)時(shí)候小車受到的驅(qū)動(dòng)力就會(huì)變小，也就是電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩也會(huì)變小等。其次，節(jié)能小車空載過(guò)程分析仿真情況，空載啟動(dòng)小車時(shí)候彈簧會(huì)釋放滿載制動(dòng)時(shí)候存儲(chǔ)的能量。仿真過(guò)程需要對(duì)添加逐漸減小的一個(gè)單位力矩，這是渦卷彈簧釋放能量過(guò)程的模擬需要。從仿真的結(jié)果可以得知，節(jié)能小車通過(guò)滿載過(guò)程儲(chǔ)存能量用在空載啟動(dòng)的時(shí)候，其受力就會(huì)減小，也就是啟動(dòng)時(shí)候電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩也會(huì)變小，相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)能量的消耗也變少了。這個(gè)過(guò)程就說(shuō)明了節(jié)能小車能夠在制動(dòng)過(guò)程之中，將損失的能量進(jìn)行回收起來(lái)達(dá)到節(jié)能降耗的作用。小車的滿載制動(dòng)和空載制動(dòng)時(shí)候的彈簧儲(chǔ)存能量過(guò)程是一樣的，滿載的啟動(dòng)通過(guò)空載制動(dòng)時(shí)候儲(chǔ)存能量的利用實(shí)現(xiàn)；但是小車空載的啟動(dòng)和驅(qū)動(dòng)力變化的趨勢(shì)是一樣的，都是能夠起到節(jié)能降耗的作用。

2 高次諧波的消除

岸橋作為集裝箱裝卸的主要設(shè)備，從電能的節(jié)約來(lái)對(duì)其進(jìn)行節(jié)能的實(shí)現(xiàn)也是一種明智的分析，而當(dāng)前對(duì)岸橋能量回饋以及利用，對(duì)柴油機(jī)組工作效率的提高的途徑已經(jīng)普遍用在實(shí)際生產(chǎn)之中。

2.1 分析岸橋的用電

岸橋有兩部分的用電分布，第一是供應(yīng)和分配電線路的傳輸過(guò)程電能的損耗；第二是正常負(fù)載工作下被吸收的電能。如果考慮沒(méi)有生產(chǎn)的情況，第一部分應(yīng)該比較適合用于節(jié)能降耗的考慮，能夠?qū)┡潆娔軗p耗進(jìn)行降低。從供配電的系統(tǒng)中等效阻抗和供配電的損耗、視在電流三者的關(guān)系來(lái)看，想要對(duì)視在電流以及系統(tǒng)的等效阻抗進(jìn)行降低，就要對(duì)供配電的損耗進(jìn)行降低。有功電流和無(wú)功電流組成了視在的電流，在正常生產(chǎn)的負(fù)載中電網(wǎng)必須吸收的電流是有功電流，負(fù)載以及電網(wǎng)之間反復(fù)交換的是無(wú)功電流，但是供配電的損耗會(huì)受到無(wú)功電流的影響。岸橋工作中，發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)處于不斷轉(zhuǎn)換的狀態(tài)。無(wú)功率的沖擊負(fù)載就是變化速度快、大變化負(fù)荷以及短時(shí)的重負(fù)載等特征。容量比例逐漸變大是根據(jù)岸橋的晶閘管整流的裝置以及變頻裝置的使用廣度；如此的大量使用之后，不少的高次諧波電流會(huì)通過(guò)整流橋以及逆變裝置產(chǎn)生之后進(jìn)入電網(wǎng)，供電的電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生畸變的波形，隨后導(dǎo)線的集膚效應(yīng)會(huì)在導(dǎo)線中產(chǎn)生，變壓器便產(chǎn)生高頻的渦流效應(yīng)，這樣增加了系統(tǒng)的等效阻抗，熱效應(yīng)也會(huì)從電機(jī)上產(chǎn)生，損耗也隨之增加。

2.2 損耗治理及其效果

上述對(duì)岸橋的用電中明白了電能損耗的原因，就需要對(duì)供配電損耗進(jìn)行減少工作。所以需要對(duì)供電的視在電流進(jìn)行降低，通過(guò)減少無(wú)功電流的辦法來(lái)進(jìn)行。首先通過(guò)對(duì)TSC動(dòng)態(tài)無(wú)功率來(lái)補(bǔ)償和諧波的治理裝置的辦法來(lái)對(duì)負(fù)載無(wú)功電源進(jìn)行提供，然后能夠達(dá)到負(fù)載無(wú)功電流的補(bǔ)償。需要注意的是，理想補(bǔ)償效果的獲取，需要對(duì)安裝具備諧波治理功能以及快速響應(yīng)功率因素的補(bǔ)償裝置才可以，但是同時(shí)對(duì)于治理的諧波必須要達(dá)到國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)；這樣就不需要對(duì)單調(diào)濾波器中的基波無(wú)功過(guò)補(bǔ)償問(wèn)題進(jìn)行多次的設(shè)置。裝置利用過(guò)零技術(shù)使其不產(chǎn)生諧波，且有極小的消耗功率，這樣就可以對(duì)變壓器輸出的功率以及總電流進(jìn)行降低，諧波造成的渦流損失也就隨之減少了。另外，需要利用晶閘管來(lái)對(duì)投切進(jìn)行控制，這樣就能保證投切的過(guò)程中沒(méi)有涌流、沒(méi)有沖擊、沒(méi)有過(guò)渡的過(guò)程；諧波過(guò)濾和無(wú)功的補(bǔ)償更加精確，就必須要將控制器以及分組的電容加入其中才行。

對(duì)于損耗的治理效果還是挺有效果的，主要利用TSC動(dòng)態(tài)的無(wú)功功率的補(bǔ)償和諧波的治理裝置之后的效果有幾方面體現(xiàn)。

第一，供配電系統(tǒng)利用率的提高；電網(wǎng)的容量被用電設(shè)備以及電網(wǎng)中大量的往返交換無(wú)功功率所占用，這導(dǎo)致了電網(wǎng)利用率的降低。利用TSC動(dòng)態(tài)無(wú)功功率之后能夠?qū)﹄娋W(wǎng)供配電的能力進(jìn)行提高。第二，具備穩(wěn)定的電壓；采取該法之后能夠?qū)﹄娋W(wǎng)的電壓和變壓器的二次電壓波動(dòng)進(jìn)行減小和降低，有益于用電設(shè)備和電網(wǎng)的正常運(yùn)行。第三，功率因素的提高；補(bǔ)償TSC動(dòng)態(tài)無(wú)功功率，可以使得負(fù)荷產(chǎn)生的感性無(wú)功電流被容性的無(wú)功電流抵消，從而電網(wǎng)功率的因素會(huì)提高。第四，降低變壓器損耗以及溫升，變壓器中視在電流和溫升成正比的關(guān)系，降低變壓器中視在電流和損耗就可以對(duì)變壓器的損耗進(jìn)行降低，從而提高變壓器的壽命。第五，能夠?yàn)V除掉諧波，以及電網(wǎng)的凈化。第六，供配電損耗的降低，并且能夠獲得節(jié)能效益。

從上述了解到TSC動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償能夠提高功率因素，所以能夠使得供配線路的視在電流下降，也降低了供配電的損耗。利用TSC動(dòng)態(tài)無(wú)功率的補(bǔ)償以及諧波治理的裝置是岸標(biāo)集裝箱起重機(jī)節(jié)能降耗比較理想的辦法，其有效對(duì)諧波的治理達(dá)到國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)，也能夠?qū)β室蛩赜行У奶岣?，該種方案已經(jīng)在大廠推廣實(shí)行并且獲取理想效果。

3 結(jié)語(yǔ)

岸橋的發(fā)展方向是自動(dòng)智能化、高速大型化和可靠長(zhǎng)壽化、環(huán)保低耗化。岸邊集裝箱起重機(jī)在節(jié)能和降耗的實(shí)現(xiàn)中還有許多路要走，必須要對(duì)技術(shù)革新大力開(kāi)展起來(lái)，要時(shí)刻警醒資源的緊張，必須要用最大能力對(duì)增效的新技術(shù)進(jìn)行節(jié)能降耗；同時(shí)要保證港口設(shè)備浪費(fèi)現(xiàn)象的減少，有效結(jié)合企業(yè)效益和降耗對(duì)設(shè)備的油耗進(jìn)行降低，這樣才能夠?qū)?jié)能降耗的目的進(jìn)行保證。

[1]葛紅,肖漢斌,李炳辰,崔建勛．岸邊集裝箱起重機(jī)節(jié)能技術(shù)研究 [J]．起重運(yùn)輸機(jī)械 ,2015，(04)：25-28．

[2]高峰．岸邊集裝箱起重機(jī)節(jié)能降耗的探討[J]．機(jī)械研究與應(yīng)用 ,2012,25(04)：183-185．